二氧化锰/聚氧化乙烯复合固态电解质的制备方法及应用技术

二氧化锰/聚氧化乙烯固态电解质的制备方法及应用，(1)、在二氧化锰纳米片中加入乙腈，超声清洗得到二氧化锰‑乙腈分散液，加入聚氧化乙烯PEO，搅拌成为均匀的乳液；(2)、向乳液中再加入双三氟甲磺酰亚胺锂LiTFSI，搅拌得到均匀的混合液；(3)、将混合液倒入聚四氟乙烯模具中，通风蒸发干燥箱后将制备好的聚合物固态电解质裁成圆片应用在固态锂金属电池；本发明专利技术提高了聚合物固态电解质的锂离子迁移数和离子电导率，在组装固态锂金属电池中，有效的避免了有机液态电池存在的干涸、漏液的问题，提高了锂金属电池的可封装性，保持良好的电化学循环稳定性和安全性。

Preparation and application of MnO 2 / PEO composite solid electrolyte

【技术实现步骤摘要】
二氧化锰/聚氧化乙烯复合固态电解质的制备方法及应用
本专利技术属于固态电解质制备
，特别涉及一种二氧化锰/聚氧化乙烯复合固态电解质的制备方法及应用。
技术介绍
电动汽车、电子移动设备等对于高能量密度供电电源的要求非常大，现有的锂离子电池的能量密度仍然是满足不了这些应用的需求。锂金属电池是具有较大潜能的能源储存体系基于本身的高比容量(3860mAhg-1)和较低的还原电位(-3.04V相对于可逆氢电极电势)。目前常用的电解液仍然是传统的酯类有机液态电解质。因此，锂金属电池在高温下工作时，泄露、干涸和易燃易爆仍然是严重的安全问题。由于以上原因，可在高温下工作的全固态电池吸引了广泛的关注。其中，固态电解质是全固态电池的关键部件，因此制备出电化学稳定、电导率高以及机械性能好的固态电解质成为当前的研究热点。聚合物本身具有良好的机械可加工型、柔性和拉伸性，是制备固态电解质的理想主体材料。基于聚氧化乙烯(简称：PEO)可加工性、成膜性以及与锂盐较好的相容性，使其成为优良的电解质材料。然而，聚合物电解质(包括PEO)也存在一些问题，例如结晶程度较高，导致其电导率较低和电化学稳定性低。因此，如何降低聚合物的结晶度进而增加离子电导率成为改进聚合物电解质性能的研究热点。人们将有机、无机等填料加入聚氧化乙烯中对聚合物电解质进行改性。而填料本身的微观结构和在聚合物中的分散性是影响聚合物电解质性质的关键因素。相比于纳米粒子和一维的纳米线填料，由于二维材料多为半导体或者绝缘体，因此报道较少。氧化石墨烯、蛭石和氮化硼纳米片等都作为二维填料对聚合物电解质进行改性。但是氧化石墨烯电化学性不稳定，蛭石易吸水，氮化硼不易剥离。由于二维二氧化锰片层的较大的比表面积，并且在聚氧化乙烯中分散性良好，是用于聚合物电解质改性的优良材料。将二氧化锰纳米片掺杂聚氧化乙烯中制备固态电解质，并且应用于锂金属电池方面的工作没有报道。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种二氧化锰/聚氧化乙烯复合固态电解质的制备方法及应用，将二氧化锰纳米片在搅拌的条件下混合进入聚氧化乙烯，利用溶液延流法制备出改性的固态电解质，并且将其应用于固态锂金属电池，二氧化锰纳米片的加入提高了聚合物固态电解质的锂离子迁移数和离子电导率，将其应用于固态锂金属电池中，表现出较好的电化学循环稳定性。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：二氧化锰/聚氧化乙烯复合固态电解质的制备方法，包括以下步骤:(1)、将0.1-0.7g的二氧化锰纳米片放入圆底烧瓶，向其中加入200-300mL乙腈或甲醇，放入超声清洗仪，得到二氧化锰-乙腈分散液，加入10g聚氧化乙烯PEO，磁力搅拌成为混合均匀的乳液；(2)、向步骤一的乳液中再加入0.5-2.5g双三氟甲磺酰亚胺锂LiTFSI，用磁力搅拌器进行搅拌，得到均匀的混合液；(3)、将步骤二制得的混合液倒入聚四氟乙烯模具中，放置于通风厨中，等待乙腈蒸发，形成聚合物固态电解质膜，放置于真空干燥箱后，裁成直径小于1.9cm的圆片备用。所述的步骤一中二氧化锰纳米片是直径为20-1000nm和厚度为2-100nm的纳米片。所述的步骤一中超声清洗仪，功率为40W，进行超声，时间为1-6小时。所述的步骤三中放置于真空干燥箱中，80℃下真空干燥6小时。二氧化锰/聚氧化乙烯复合固态电解质的应用，将制备好的聚合物固态电解质裁成圆片，按照正极壳+正极极片+固态电解质+锂片+垫片+弹簧片+负极壳的顺序组装成固态锂金属电池。二氧化锰/聚氧化乙烯复合固态电解质的应用，将制备好的聚合物固态电解质裁成任意形状，按照铝塑膜+正极极片+固态电解质+锂片+铝塑膜的顺序组装成软包锂金属电池，电池中所使用的粘结剂采用聚氧化乙烯PEO。本专利技术的优点：(1)制备好的聚合物固态电解质裁成圆片，可直接组装固态锂金属电池，具有制备方法简单快速、可大量合成、重复性好的特点。(2)本专利技术的制备条件简单温和，仅需通过混合、搅拌和干燥等步骤就能得到均匀的二氧化锰/聚氧化乙烯复合固态电解质，不需要严格的无水无氧、手套箱中惰性气体保护等反应条件，且所用的试剂价格低廉，降低了成本，得到的固态电解质膜均匀，可在高温环境下进行电池的充放电循环，并且表现出较好的电化学稳定性。(3)、由于二氧化锰、PEO和LiTFSI在乙腈中混合，属于液相混合，混合较为均匀，得到的电解质膜也较为均匀，同时，由于二氧化锰的掺杂，提高了聚合物固态电解质离子电导率并且提高了锂离子迁移数。(4)、将该固态电解质应用于磷酸铁锂-二氧化锰/聚氧化乙烯固态电解质-金属锂的固态电池体系中，由于二氧化锰和PEO均为固态并且化学稳定性强，封装性好，有效的避免了有机液态电池存在的干涸、漏液的问题，为电池体系的稳定性提供了保障。(5)、在60℃的高温下，磷酸铁锂-二氧化锰/聚氧化乙烯复合固态电解质-金属锂电池的循环圈数达到300圈，说明该固态电解质可在较高温度下进行工作，并具有良好的电化学循环稳定性和安全性。附图说明图1(a)为本专利技术实施例一的所得到的二氧化锰/聚氧化乙烯复合固态电解质的光学照片，图1(b)图展示了电解质的柔性。图2为本专利技术实施例一所制备得到的二氧化锰/聚氧化乙烯复合固态电解质在不同温度下阻抗曲线。图3为本专利技术实施例一所制备得到的二氧化锰/聚氧化乙烯复合固态电解质在60℃下时间-电流曲线和阻抗曲线，内嵌图是极化前后的阻抗曲线。图4为本专利技术实施例一所制备得到的二氧化锰/聚氧化乙烯复合固态电解质在锂-磷酸铁锂固态电池中的充放电曲线和库伦效率曲线。图5为本专利技术实施例二的所得固态电解质在锂-磷酸铁锂固态电池中的充放电曲线和库伦效率曲线。图6为本专利技术实施例三的所得固态电解质在锂-磷酸铁锂固态软包电池点亮LED小灯泡的照片。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的详细描述。本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限定本专利技术的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用原料和化学试剂均为分析纯。实施例一，本实施例的制备方法包括以下步骤:(1)、将0.5g的二氧化锰纳米片放入500mL圆底烧瓶，向其中加入200mL乙腈，放入超声清洗仪，功率为40W，进行超声，时间为6小时，得到二氧化锰-乙腈分散液，加入10g聚氧化乙烯(简称：PEO)加入分散液中，磁力搅拌1小时成为混合均匀的乳液；二氧化锰纳米片是直径为20-1000nm和厚度为2-100nm的纳米片；(2)、向步骤一中混合乳液中再加入1.6g双三氟甲磺酰亚胺锂(简称：LiTFSI)，用磁力搅拌器进行搅拌1小时，得到混合液；(3)、将步骤二制得的混合液慢慢倒入聚四氟乙烯模具中，放置于通风厨中，等待乙腈蒸发，形成聚合物固态电解质膜；放置于真空干燥箱中，80℃下真空干燥6小时，用压片机裁成直径为1.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.二氧化锰/聚氧化乙烯固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:/n(1)、将二氧化锰纳米片放入圆底烧瓶，向其中加入乙腈或甲醇，放入超声清洗仪，得到二氧化锰-乙腈分散液，加入聚氧化乙烯PEO，磁力搅拌成为混合均匀的乳液；/n(2)、向步骤一的乳液中再加入双三氟甲磺酰亚胺锂LiTFSI，用磁力搅拌器进行搅拌，得到均匀的混合液；/n(3)、将步骤二制得的混合液倒入聚四氟乙烯模具中，放置于通风厨中，等待乙腈蒸发，形成聚合物固态电解质膜，放置于真空干燥箱后备用。/n

【技术特征摘要】
1.二氧化锰/聚氧化乙烯固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
(1)、将二氧化锰纳米片放入圆底烧瓶，向其中加入乙腈或甲醇，放入超声清洗仪，得到二氧化锰-乙腈分散液，加入聚氧化乙烯PEO，磁力搅拌成为混合均匀的乳液；
(2)、向步骤一的乳液中再加入双三氟甲磺酰亚胺锂LiTFSI，用磁力搅拌器进行搅拌，得到均匀的混合液；
(3)、将步骤二制得的混合液倒入聚四氟乙烯模具中，放置于通风厨中，等待乙腈蒸发，形成聚合物固态电解质膜，放置于真空干燥箱后备用。


2.根据权利要求1所述的二氧化锰/聚氧化乙烯固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
(1)、将0.1-0.7g的二氧化锰纳米片放入圆底烧瓶，向其中加入200-300mL乙腈，放入超声清洗仪，得到二氧化锰-乙腈分散液，加入10g聚氧化乙烯PEO，磁力搅拌成为混合均匀的乳液；
(2)、向步骤一的乳液中再加入0.5-2.5g双三氟甲磺酰亚胺锂LiTFSI，用磁力搅拌器进行搅拌，得到均匀的混合液；
(3)、将步骤二制得的混合液倒入聚四氟乙烯模具中，放置于通风厨中，等待乙腈蒸发，形成聚合物固态电解质膜，放置于真...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁书江，李宇寒，孙宗杰，朱敏，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61